Ce∶YAG晶体色心和缺陷的伽马射线辐照研究

利用伽玛射线研究了Ce3+∶Y3Al5O12晶体的辐照色心缺陷,比较了采用提拉法和温梯法生长的Ce3+∶Y3Al5O12晶体中产生的不同色心缺陷,并利用吸收光谱、激发发射光谱和退火等方法分析了晶体中235nm和370nm色心吸收带的形成原因,指出晶体中的235nm吸收带由F+色心引起。进一步分析了YAG晶体的辐照,证实了370nm色心的来源,表明370nm吸收带与F-类色心相关。     

Ce:YAG晶体色心和缺陷的伽马射线辐照研究

利用伽玛射线研究了Ce3+:Y3Als O12晶体的辐照色心缺陷,比较了采用提拉法和温梯法生长的Ce3+;Y3Al5O12晶体中产生的不同色心缺陷,并利用吸收光谱、激发发射光谱和退火等方法分析了晶体中235nm和370nm色心吸收带的形成原因,指出晶体中的235nm吸收带由F+色心引起.进一步分析了YAG晶体的辐照,证实了370hm色心的来源,表明370nm吸收带与F-类色心相关.     

重频脉冲激光辐照光学材料特性的研究进展

综述了重复频率脉冲激光辐照下光学材料特性的研究进展,重点介绍了重频激光辐照下光学材料损伤的规律,发现缺陷造成的亚损伤状态是诱导材料重频损伤的关键。详细阐述了热吸收性杂质模型、化学键断裂模型、色心模型的亚损伤机理,同时介绍了重频工作模式下激光增益介质和倍频晶体的材料特性,展望了重频激光辐照光学材料特性研究的发展和前景。     

钨酸铅晶体的发光光谱及辐照诱导色心的研究

概要介绍了纯钨酸铅晶体和不同掺杂钨酸铅晶体发光光谱及辐照性能的研究结果．测量了晶体的光致发光和辐射激发发光光谱,比较了辐照诱导色心的密度和辐射发光光谱之间的关系．详细分析了钨酸铅晶体辐照诱导色心密度的分布,根据辐照诱导色心模型,计算了色心的能量及分布．     

MgAl2O4透明陶瓷中电子辐照诱导缺陷退火行为研究

用能量为1.7MeV,束流强度0.7μA*cm-2,总注量6.3×l016 cm-2的电子辐照镁铝尖晶石透明陶瓷,并对辐照后的样品进行等时退火,利用UV-VIS和PAT测试,表明通过电子辐照样品在237nm和370nm处产生吸收带,它们主要是F心及V型色心.通过退火可以使F心及V型色心吸收峰消除,但F心的消除温度要高于V型色心,且其在退火过程中形成F聚心,F聚心随F心聚集增加其峰位将向紫外移动.     

Si4+离子对Y3+:PbWO4晶体闪烁性能及辐照硬度的影响

Y3+离子掺杂钨酸铅晶体特殊的低剂量率辐照行为一般在晶体顶端表现更为明显,以往研究认为该现象起因于晶体中有效分凝系数<1的Na+、K+和Si4+等杂质在顶端的富集.本文研究了Si4+掺杂的Y3+:PWO晶体,对晶体顶端和晶种端的分段晶体测试了退火温度对晶体透过率和辐照硬度的影响,结果发现:在实验所涉及的掺杂浓度范围内,Si4+离子杂质对Y3+:PWO晶体的辐照硬度及透过率无影响,可以认为Y3+:PWO晶体特殊的低剂量率辐照行为和晶体中的Si4+离子含量无关.     

微量杂质在BGO Bridgman生长和性质上的行为

在 Bridgman 生长的 BGO 闪烁单晶中,含量为 10~(-4)～10~(-6)wt%的 Fe、Pb、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Al 等微量杂质主要来源于原料和工艺过程中的局外污染。铂从坩埚上被侵蚀进入 BGO 熔体,其含量<2×10~(-5)wt%。用 AAS 和 ICP 分析测定了 Bridgman 生长中微量杂质的有效分凝系数。过渡金属杂质,特别是 Fe,使 BGO 染色并引起辐照损伤,形成300～700nm 范围的强吸收谱,致使 BGO 单晶的能量分辨率、相对荧光输出下降约10—20%。在辐照损伤下形成的 Fe、Pb 杂质色心,受热时形成晶体的热发光。     

OH~－和氧离子杂质对BaF_2晶体辐照损伤的影响

从理论和实验两方面研究ＯＨ－和氧离子杂质对ＢａＦ２晶体辐照损伤的影响，并对其机理进行讨论．理论上用（ＨＦＳ－ＤＶＭ－Ｘα）局域密度离散变分法计算ＯＨ－和氧离子杂质心在ＢａＦ２中的电子结构，得到ＯＨ－，Ｈｓ－（Ｕ心），Ｏｓ－，Ｏｓ２－和（Ｏｓ２－－Ｆ＋）都可能是引起辐照损伤的源泉．实验发现，ＢａＦ２晶体水解处理后，ＯＨ－和氧离子杂质很容易进入ＢａＦ２，在晶体中的存在形式主要是：ＯＨ－占据阴离子位置，氧离子以Ｏｓ２－的形式占据Ｆ－的晶格位置，并由氟空位（Ｆ＋）作电荷补偿，较大可能以（Ｏｓ２－Ｆ＋）形式存在．γ辐照前后水解处理样品的光吸收谱（ＶＵＶ，ＵＶ，ＩＲ）和电子顺磁共振谱（ＥＰＲ）验证了理论计算的正确性．综合理论和实验，我们认为ＯＨ－氧离子杂质引起ＢａＦ２晶体辐照损伤的主要原因是：ＯＨ－和（Ｏｓ２－Ｆ＋）辐照分解成Ｈｓ－（Ｕ心）和Ｏｓ－．上海硅酸盐研究所在晶体生长工艺中，有意识地对ＯＨ－和氧离子给予特别的注意，在改进辐照损伤上获得较好的效果．     

氦离子辐照铝合金的SRIM模拟及微观结构研究北大核心CSCD

通过SRIM软件对入射He^+离子在1060铝合金中的射程及分布进行了模拟,利用扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)和透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)对离子辐照在合金中所诱发的表面形貌、微观结构及其形成机制进行了研究。结果表明,He^+离子辐照会导致试样表面出现辐照坑状结构,提高辐照剂量会增加辐照坑的尺寸。辐照合金中会出现杂质元素的区域富集现象,其中Si元素的富集尤为明显,在较高剂量辐照合金中这一现象越显著。此外,辐照还会导致合金中形成位错、位错环、气泡等微观结构及相应的演化结构。由于表面和这些微观结构在原子扩散的过程中可以作为缺陷阱捕获尺寸较小的杂质原子,因而这也是He^+离子辐照铝合金中出现Si元素富集的主要机制。     

氦离子辐照铝合金的SRIM模拟及微观结构研究

通过SRIM软件对入射He~+离子在1060铝合金中的射程及分布进行了模拟,利用扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)和透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)对离子辐照在合金中所诱发的表面形貌、微观结构及其形成机制进行了研究。结果表明,He~+离子辐照会导致试样表面出现辐照坑状结构,提高辐照剂量会增加辐照坑的尺寸。辐照合金中会出现杂质元素的区域富集现象,其中Si元素的富集尤为明显,在较高剂量辐照合金中这一现象越显著。此外,辐照还会导致合金中形成位错、位错环、气泡等微观结构及相应的演化结构。由于表面和这些微观结构在原子扩散的过程中可以作为缺陷阱捕获尺寸较小的杂质原子,因而这也是He~+离子辐照铝合金中出现Si元素富集的主要机制。     

OH^—和氧离子杂质在BaF2晶体辐照损伤的影响

从理论和实验两方面研究ＯＨ＾－和氧离子杂质为ＢａＦ２晶体辐照损伤的影响，并对其机理进行讨论，理论上用ＨＦＳ－ＤＶＭ－Ｘα）局域密度离散变分法计算ＯＨ＾－和氧离子杂质心在ＢａＦ２中的电子结构，得到ＯＨ＾－，Ｈｓ＾－（Ｕ心），Ｏｓ＾－，Ｏｓ＾２－和（Ｏｓ＾２－－Ｆ＾＋）都可能是引起辐照损伤的源泉。实验发现，ＢａＦ２晶体水解处理后，ＯＨ＾－和氧离子杂质很容易进入ＢａＦ２，在晶体中的存在形式主要是：ＯＨ＾     

离子注入Al_2O_3(001)面与色心电子结构第一原理计算

采用MEVVA源离子注入机对无色合成蓝宝石进行一定剂量的Ti离子注入,通过改变热处理条件,得到蓝色刚玉,实验发现其为色心致色.通过XPS、紫外可见分光光度计对样品的元素价态、吸收谱进行测试结果表明.表层内存在不同价态的Ti离子,在400～450nm处有强烈的蓝光反射峰.通过模拟计算进一步验证了该色心是由注入的Ti离子的3d轨道与Al的3p轨道之间的电荷转移及轨道杂化引起的,属于电子型色心.     

基于单分子层模型的ZnO热控涂层电子辐照光学性能退化研究

在分析电子辐照对ZnO类热控涂层光学性能退化机理的基础上,提出了单分子层电子色心产生模型,推导了"色心浓度"表达式及材料光学性能退化随辐照剂量的变化关系。用该理论对100keV电子辐照下S781白漆太阳吸收比变化Δαs的实验数据的拟合结果表明,单分子层模型能够很好地预测ZnO类热控涂层在电子辐照环境下光学特性退化趋势。该理论可扩展应用于其它热控材料在空间不同辐射环境下光学性能退化趋势的预测。     

大尺寸PWO:(Sb,Y)晶体光谱特性的表征研究

报道了用改进的Bridgmam法生长的大尺寸PbWO4:(Sb,Y)晶体的光谱特性的表征研究.通过对依次切自大尺寸PbWO4:(Sb,Y)毛坯晶体的籽晶端、中间部位和顶端三块晶体(-23mm×23mm×20mm)的透射光谱、X射线激发发射光谱、紫外激发与发射光谱、发光衰减寿命、光产额和辐照损伤等方面的光谱性能测试,结果表明,Sb、Y双掺杂能显著改善PbWO4晶体的光谱性能,使晶体在短波330-420nm范围的透过率明显提高,光产额增加,抗辐照能力增强.但从籽晶端到顶端的性能存在一定的差异,说明大尺寸的PbWO4:(Sb,Y)晶体的均匀性还有待提高.     

氧化铅的添加对激光诱导玻璃中金纳米颗粒析出的影响

使用飞秒激光辐照和热处理相结合,通过引入PbO,实现了在含有金离子的硅酸盐玻璃内部,有空间选择性地析出大尺寸金纳米颗粒.通过吸收光谱,电子自旋共振谱和透射电镜测试研究了氧化铅对激光诱导金纳米颗粒析出的影响.实验结果表明,氧化铅的引入能抑制空穴捕获型色心生成,并促进金纳米颗粒的长大.     

Xe+离子注入对单晶YSZ光学性能影响的研究

单晶YSZ(ytttia-stabilized cubic zirconia)在注入能量为200keV的Xe+离子后由无色透明变成紫色透明,吸收光谱测试表明,当注量达到1×1016cm-2时,开始出现吸收峰,并且吸收强度随注量增加而增大.对注量为1×1016cm-2和1×1017cm-2的样品,吸收带峰值分别位于522nm和497nm.吸收带可能与氧空位捕获电子形成的F型色心和氧离子捕获空位形成的V型色心有关.注入注量为1×1016cm-2样品的荧光测试表明,荧光光谱均为400～600nm范围内的宽发射带.注入注量为1×1017cm-2的样品没有荧光现象产生,可能是由于辐照损伤严重,缺陷浓度增大所致.     

飞秒激光诱导玻璃内Ba2TiSi2O8晶体的析出

使用聚焦后的800nm,150fs,250kHz的高重复频率飞秒脉冲激光器能够在BaO-TiO₂-SiO₂组分的玻璃内部三维选择性地诱导Ba₂TiSi₂O₈晶体的析出. 发光光谱显示这种晶体把入射的800nm光转化成了400nm的蓝光,因此这种析出的晶体具有非线性倍频特性. 通过拉曼光谱测定,在当前的玻璃组分中析出的晶体是Ba₂TiSi₂O₈. 研究表明,经250kHz的飞秒激光辐照一段时间后,在玻璃内部由于脉冲能量的连续沉积会使得激光辐照区域出现热积累效应,因此,该辐照区域的温度会不断升高以致超过玻璃析晶温度,最终诱导玻璃熔融析晶. 此外,对飞秒激光辐照区域不同部位进行拉曼光谱检测,结果表明：在整个区域Ba₂TiSi₂O₈晶体的析出呈现中间比外围明显的分布特点,因此晶体析出与辐照形成的温度梯度场有密切关系.     

磷酸盐激光玻璃中杂质离子铁和铜对激光效率的影响

实验研究了Fe和Cu离子对N31型激光玻璃在激光波段1053 nm激光斜率效率的影响。研究发现, 随着Fe离子含量的增加, 激光斜率效率呈e指数快速下降, 激光阈值呈二次方程形式快速增加, 并得出Fe离子含量与斜率效率和激光阈值之间的经验关系式。同时发现, 在相同掺杂浓度条件下, Cu离子比Fe离子更加严重地降低钕玻璃的激光性能。研究结果对如何提高激光玻璃的增益性能和定量控制原材料的杂质含量具有一定指导意义。     

Si4+离子对Y3+:PbWO4晶体闪烁性能及辐照硬度的影响

Y³⁺离子掺杂钨酸铅晶体特殊的低剂量率辐照行为一般在晶体顶端表现更为明显,以往研究认为该现象起因于晶体中有效分凝系数<1的Na⁺、K⁺和Si⁴⁺等杂质在顶端的富集.本文研究了Si⁴⁺掺杂的Y³⁺:PWO晶体,对晶体顶端和晶种端的分段晶体测试了退火温度对晶体透过率和辐照硬度的影响,结果发现:在实验所涉及的掺杂浓度范围内,Si⁴⁺离子杂质对Y³⁺:PWO晶体的辐照硬度及透过率无影响,可以认为Y³⁺:PWO晶体特殊的低剂量率辐照行为和晶体中的Si⁴⁺离子含量无关.     

V-4Cr-4Ti中的析出相及氦离子辐照损伤行为研究

钒合金作为聚变堆候选结构材料,其辐照损伤行为一直是研究热点。采用100keV的He+在室温分别对V-4Cr-4Ti与中国低活化马氏体钢CLAM(China low activity martensitic)钢进行辐照实验。利用透射电镜结合选区电子衍射,X射线能谱和电子能量损失谱观察辐照损伤前后显微结构演变及合金元素变化。结果表明,合金内部分布大量呈现针状且沿特定晶体生长方向的面心立方晶系析出相TiC,长度约为200~1 000nm。室温He+辐照造成V-4Cr-4Ti与CLAM钢内部形成2~8nm之间的氦泡。钒合金中,析出相与基体界面处的氦泡显著长大,离子辐照并未引起材料显著的晶格膨胀。此外,同一辐照环境下对比CLAM钢,V-4Cr-4Ti合金具有更好的抗辐照肿胀性能。